Modul 3 Server y

1. Modul 3Servery Verze 1.0 21. září 2011

2. Přehled standardní serverové technologie

3. Spotřeba energie a potenciál úsporu serverů v datových centrech • Spotřeba energie servery dosahuje v datových centrech přibližně 30-40% jejich celkové energetické spotřeby; • Opatření založená na hardwaru (například správa napájení) mohou zlepšit energetickou účinnost o 15 až 30%; • Opatření založené na softwaru včetně virtualizace dovoluje uspořit i více než 90% energie v těch oblastech, kde lze virtualizaci efektivně použít; • Pozitivní jevy se zdvojnásobují na úrovni napájecích zdrojů a chlazení;

4. Typy serverů v datových centrech Zařízení do racku Blade server Tower (věž) Mainframe (sálový počítač)

5. Servery do racku a věžové servery Server určený pro montáž do IT rozvaděče (19“ racku) – pohled zpředu (nahoře) a pohled zezadu (dole) Věžové provedení serveru (Tower) – pohled zpředu

6. Typický rám (chassis)blade serveru Blade chassis, blade servery, víceuzlové servery - ukázka částečně vytaženého blade modulu pohled zpředu pohled zezadu

7. Dvou- a víceuzlové servery Standardní dual node server (19“/1U server se dvěma uzly) Dual node blade (SUN) (Blade server se dvěma uzly)

8. Obecné koncepce úspory energie pro servery

9. Typy datových center Podíl na celkovém počtu datových center Podlahová plocha Přibližné energetické nároky Typ datového centra Počet serverů Serverová komora Serverovna Malé datové centrum Střední datové centrum Velké datové centrum Zdroj: Hint 2010

10. Procentuální podíl typů serverů v datových centrech Serverová komora Serverovna Malé datové centrum Střední datové centrum Velké datové centrum Tower (věžové provedení PC) Blade servery Zařízení do IT rozvaděče Mainframe (sálové počítače) přibližný počet serverů Zdroj: Hint 2010

11. Možnosti správy napájení od úrovně komponent až po úroveň systému Úroveň systému Úroveň IT rozvaděče Úroveň datacentra Úroveň komponent S-stavy CKE* Správa napájení založená na platformě Rozvrhy provozní zátěže Řízení rychlosti ventilátoru Management uzlu nebo systému Vyvažování aplikace/zátěže Management na úrovni Vyvažování aplikace/zátěže Monitoring provozních celků a zařízení Úklid dat, odstraňování duplicit atd. Management skupiny rozvaděčů, dynamické konsolidace Procesor C-stavy jádra/balíku P-stavy T-stavy Termoregulátor Další komponenty D-stavy L-stavy *) CKE = Clock Enablesignal

12. Možnosti správy napájení od úrovně komponent až po úroveň systému Používá se pro Popis Typ stavu G-stav „Globální stavy systému“ – mohou dosahovat hodnoty od G0 (v provozu) do G3 (mechanicky vypnuto). systémy S-stav systémy „Spací stavy systému“ – obecně dosahují hodnoty od S1 („sleeping“) až S5 (softwarově vypnuto). C-stav „Spotřeba energie procesorem a stavy termálního managementu“ při G0, tzn. při celkovém provozním stavu. procesory (CPU) „Stavy zařízení.“ Mohou se použít pro jakékoli zařízení na jakékoli sběrnici. Nabývají hodnot od D0 (zcela zapnuto) do D3 (vypnuto). zařízení D-stav procesory / zařízení „Stavy výkonu zařízení a procesoru.“ Toto jsou stavy spotřeby energie a výkonu uvnitř aktivních nebo prováděcích stavů (např. C0 a D0). P-stav jádra CPU CC-stav „C-stavy jádra“ popisují aktivitu na každém jádru. „Linkové stavy“ popisují provozní stav na vstupu/výstupu nebo sběrnici. Stavy dosahují hodnot od L0 (plný provoz) do L2 (vypnuto). systémové vstupy/výstupy L-stav

13. Spotřeba energie a účinnost procesorů AMD a Intel

14. Výkon dle termálního designu a průměrnývýkon procesorů AMD *) ACP = Average CPU Power (AMD), průměrný výkon CPU TDP = thermaldesignpower, tepelný návrhový výkon

15. Zlepšování energetické účinnosti napříč produkty a generacemi procesorů G5 (2,66GHz, Xeon L5430) G6 (2,40 GHz, Xeon L5530) G7 (2,26 GHz,Xeon L5640) Poměr výpočetního výkonu a příkonu Poměr výpočetního výkonu a příkonu Poměr výpočetního výkonu a příkonu celkových ssj_operací/Watt celkových ssj_operací/Watt celkových ssj_operací/Watt Cílová zátěž Cílová zátěž Cílová zátěž Běh naprázdno Běh naprázdno Běh naprázdno Průměrný činný výkon (W) Průměrný činný výkon (W) Průměrný činný výkon (W)

16. Zlepšování energetické účinnosti napříč produkty a generacemi procesorů G7 (2,26 GHz,Xeon L5640) G7 (3,07 GHz, Intel Xeon X5675) Poměr výpočetního výkonu a příkonu Poměr výpočetního výkonu a příkonu celkových ssj_operací/Watt celkových ssj_operací/Watt Cílová zátěž Cílová zátěž Běh naprázdno Běh naprázdno Průměrný činný výkon (W) Průměrný činný výkon (W)

17. Technologie „Turbo Boost“ od firmy Intel Vyšší výkon na požádání Kmitočet Všechna jádra pracují na jmenovitém kmitočtu Všechna jádra pracují na vyšším kmitočtu Méně jader může pracovat na ještě vyšších kmitočtech

18. Koncepce pro optimalizaci kapacity napájecího zdroje – zastropování výkonu Účinek zastropování výkonu (Technologie HP „Dynamic Power Capping“) maximální požadavek na výkon založený na odhadech z výrobního štítku maximální požadavek na výkon založený na konfigurátorech maximální požadavek na výkon založený na výkonových vrcholech čas Snížení maximálního požadavku na příkon při zastropování výkonu (případová studie HP)

19. Požadavky Energy Star na účinnost napájecích zdrojů pro servery *) nedefinováno

20. Požadavky Energy Star na účiník napájecích zdrojů pro servery *) nedefinováno

21. Požadavky programu 80plusna energetickou účinnost a účiník

22. Typický provozní bod napájecích zdrojů podle studie Energy Star Typický provozní bod napájecího zdroje (neredundantního) cílové nastavení (střední výkon při střední konfiguraci) Cílové nastavení napájecího zdroje (aktuální zátěž/nominální zátěž) Rodiny serverů, které vyhovují specifikacím Energy Star

23. Použití hardwarových komponent při různých typech provozní zátěže

24. Správa napájení pomocí výkonnostních profilů *) Intel QuickPath Interconnect **) PCIe, Peripheral Component Interconnect Express

25. Úsporné režimy na úrovni operačního systému (příklad Windows Server 2008) Watty (% z maxima) Výkon (% z maximálního příkonu) Provozní zátěž (% z maximální propustnosti) Provozní zátěž (% z maximální provozní zátěže)

26. Vyhodnocení možností konsolidace za pomoci podpůrného softwaru (např. Capacity Advisor) Využití CPU pro puny03v8 Počet jader Profily různých provozních zátěží analyzovaných pro konsolidaci Čas Využití CPU pro puny03v7 Počet jader Čas

27. Vyhodnocení možností konsolidace za pomoci podpůrného softwaru (např. Capacity Advisor) Využití CPU pro puny03v7 Profil kombinovaných provozních zátěží Počet jader Čas

28. Vlastnosti nástrojů pro plánování kapacit,příklad: HP CapacityAdvisor • Sběr údajů o jádrech CPU, paměti, síti, diskových vstupně-výstupních rozhraních a využívání výkonu. • Zobrazení historického využívání zdrojů celým operačním systémem a sledovanými zátěžemi na systémech HP-UX a OpenVMS a využívání zdrojů všemi pracovními zátěžemi na systémech Microsoft Windows a Linux. • Zobrazení historických provozních zátěží a agregovaného vytížení napříč souvislým mnohadiskovým prostorem (partitioning continuum). • Generování zpráv o vytížení prostředků/zdrojů. • Plánování provozní zátěže nebo změn systému, vyhodnocení jejich vlivu na vytížení prostředků/zdrojů. • Vyhodnocení vlivu využívání prostředku/zdroje na navržené změny týkající se místa nebo velikosti provozní zátěže. • Vyhodnocení trendů pro předpověď potřebných prostředků/zdrojů.

29. Vlastnosti nástrojů pro správu napájení, příklad: ActiveEnergy Manager IBM • Monitoring a logování údajů o spotřebě energie • Správa napájení včetně • Nastavení voleb pro úsporu energie • Nastavení zastropování výkonu • Automatizace úloh souvisejících s napájením • Konfigurace měřicích zařízení, např. napájecích lišt (PDU) a senzorů • Prohlížení událostí • Výpočet nákladů na energii a odhadovaných úspor energie • Nastavení prahových hodnot • Vytvoření a nastavení politik pro správu napájení • Monitoring napájecích a chladicích zařízení souvisejících s IT

30. Možnosti energetických úsporu blade serverů a víceuzlových serverů

31. Výhody blade systémůa víceuzlové technologie • Hlavní výhody blade systémů jsou: • Vysoká výpočetní hustota a nízké požadavky na prostor; • Zkrácená doba na údržbu a rozšíření systému díky výměně modulů za provozu (hot-plug) a integrovaným funkcím pro správu a management; • O něco vyšší energetická účinnost v porovnání s rozvaděčovými servery, je-li optimalizována správa napájení a chlazení. • Hlavní výhody víceuzlových (multi-node) serverů jsou: • Nižší cena a prostorové nároky ve srovnání se standardními rozvaděčovými servery; • Mírně nižší spotřeba elektrické energie díky sdíleným napájecím zdrojům a ventilátorům.

32. Účinnost „platinové kategorie“ napájecích zdrojů pro blade chassis (podle 80plus 2011) Energetická účinnost blade serverů Napájecí zdroje Účinnost napájecího zdroje Účinnost (%) Účinnost (%) Zátěž (% nominálního výstupního výkonu)

33. Efficiency of platin level power supply for blade chassis Energetická účinnost blade serverů ve srovnání s IT rozvaděčovými servery Poměr výpočetního výkonu a příkonu Poměr výpočetního výkonu a příkonu celkových ssj_operací/Watt celkových ssj_operací/Watt Cílová zátěž Cílová zátěž Běh naprázdno Běh naprázdno Průměrný činný výkon (W) Průměrný činný výkon (W) SPECpower_ssj2008 pro blade server Dell M610 a rozvaděčový 1U server R610: (2 x Intel Xeon 5670, 2,93GHz),podle SPEC - červenec/srpen 2010

34. Efficiency of platin level power supply for blade chassis Definice maximální výkonové kapacity založené na zastropování výkonu Příklad dimenzování výkonu při zastropování výkonu (HP) Nastavení výkonového stropu pomocí „Insight control (HP)“ Jméno systému Minimální výkon Průměrný výkon Maximální výkon Max. dostupný výkon Spodní mez výkonového stropu Hodnota vrcholu

35. Koncepce pro optimalizaci výkonové kapacity napájecího zdroje Zaveďte pracovní skupinu, která bude společně s provozními specialisty (facility group) zodpovídat za napájení a chlazení Zkontrolujte správu napájení respektive možnosti zastropování výkonu na vašem hardwaru Proveďte první optimalizaci požadavků na kapacitu napájení a chlazení založenou na kalkulátorech výkonu poskytovaných výrobci Vyhodnoťte skutečný energetický požadavek za pomoci dostupných nástrojů pro management energie během celých provozních cyklů a nastavte stropy výkonu podle špiček zátěže Nastavte výkon napájení a chlazení podle vyladěného systému, který pracuje s definovaným stropem výkonu Zaveďte příslušná opatření pro projekty napájení a chlazení. Pokračujte v monitoringu využívání energie a jemném vylaďování systému. Krok 1 Krok 2 Krok 3 Krok 4 Krok 5 Krok 6

36. Jak na blade systémy s vysokou hustotou Výzvy a problémy Pro vysoké výkonové hustoty je nutné mít nejen dostatečný chladicí výkon, ale i odpovídající (konstrukčně vhodný) systém chlazení Dostatečná distribuce napájení (kapacita distribučních elektrorozvaděčů, PDU, kabelážních systémů atd.) Analýzou se musí zjistit Dostupný elektrický výkon – lokální dostupná výkonová kapacita, možnosti distribučních tras (dimenzování silových kabelů), výkony UPS Dostupný chladicí výkon a distribuce chladu – celkový chladicí výkon a použitelnost distribučních tras pro větší lokální tepelné zátěže. Požadavky na chlazení předmětných blade systémů

37. Návrh blade systémů a jejich chlazení na úrovni datového centra

38. Obecné výhody virtualizace serverů Konsolidace a soudržnost: Nárůst využití serverů od 5-15% do 60-80%. Optimalizace testování a vývoje: Rychlé poskytování (provisioningú testovacích a vývojových serverů za pomoci opětovného využívání před-konfigurovaných systémů, pozvednutí spolupráce vývojářů Kontinuita podnikání: Snížení složitosti a nákladů spojených s nepřetržitým podnikáním (řešení pro vysokou dostupnost a obnovu po havárii) za pomoci zapouzdření celých systémů do jednotlivých souborů, které lze replikovat a obnovit na jakémkoli cílovém serveru. Korporátní pracovní plocha (Enterprise Desktop): Zabezpečení nespravovaných počítačů, pracovních stanic a laptopů bez oslabení autonomie koncových uživatelů rozvrstvením bezpečnostní politiky v softwaru kolem desktop virtuálních strojů

39. Virtualizace serverů

40. Produkty pro virtualizaci - přehled trhu • VMWare ESX/ESXi, Vsphere • představen na trhu v roce 2001 • podpora pro nejběžnější hostovské operační systémy • výkonné nástroje pro správu • Microsoft HyperV • malý půdorys • lze jej vložit do existujících IT prostředí • výkonné nástroje pro správu • Citrix XENServer • cenově efektivní způsob pro zavedení virtualizace

41. Úspory energie při virtualizaci serverůPříklad 1: Virtualizace serverů + desktopů Obrázek: Virtualizace serverů a desktopů (SUN 2009)

42. Úspory energie při virtualizaci serverů Příklad 2: Virtualizace serverů Elektrický příkon [Watty] Dřívější stav Nový stav Virtualizace serverů německého Ministerstva životního prostředí

43. SW nástroje pro plánování virtualizacea výpočet ROI/TCO (MAP-Toolkit)* Vlastnosti • Detekce klientů, serverů a aplikací napříč IT prostředím. • Vyhodnocování (významu) migrace a virtualizace v IT projektech. • Samočinné generování technických zpráv (reportů) a návrhů. • Škálování řešení pro malé společnosti i velké korporátní subjekty. • Výpočty úspory energie a návrh na virtualizaci. • Technická zpráva o migraci serveru a návrh: Windows Server 2008 a reporting o „hostovskými servery virtualizovaných instancích OS“ („virtualized guests by hosts”) • Návrhy na migraci a reporty virtualizační aplikace od Microsoftu: Doporučení pro aplikaci virtualizace používající App-V. *) MAP-Toolkit = Microsoft Assessment and Planning Toolkit ROI = Return On Investment (návratnost investic) TCO = Total Cost of Ownership (celkové náklady na vlastnictví)

44. Microsoft ROI/TCO kalkulátor Integrovaný nástroj od Microsoftu určený pro výpočet návratnosti investice při virtualizaci (Microsoft Integrated Virtualization ROI Tool),zobrazený vlevo, byl nezávisle vyvinut u přední vývojářské firmy Alinean, Inc., zabývající se nástroji pro výpočet ROI, a to bývalými TCO/ROI experty společnosti Gartner.

45. Výpočet TCO/ROI kalkulátorem od VMWare Aby se určily úspory nákladů a změřila obchodní hodnota řešení VMWare, byla metodika pro TCO/ROI použitá ve VMWare stvrzena bývalými ROI/TCO experty společnosti Gartner při konzultaci s AlineanInc.

46. Výpočet TCO/ROI kalkulátorem od VMWare Analýza TCO porovnává virtualizační scénář se obvyklým vývojem bez virtualizace a z rozdílu vypočítá změnu v nákladech na vlastnictví (TCO). Analýza ROI porovnává čisté zisky s narůstající investicí jako procentuální podíl, aby ilustrovala poměr výnosů k investici (ROI = čisté výnosy / investice). Metodika použitá v nástrojích se zakládá na osvědčených finančních postupech, průzkumu oboru, zákaznických datech a metrikách.

47. Správa napájení pomocí nástroje DPM migrace serveru od VMWare Distribuovaná správa napájení VMWare Vsphere4 (Distributed Power Management , DPM) v clusteru DRSlze použít pro snížení spotřeby energie ESXhostů. U běžících virtuálních strojů v clusteru DPM sleduje využívání zdroje. Pokud dojde k významnému nadbytku výkonu, DPM doporučuje přesunutí některých virtuálních strojů mezi hosty a přepnutí některých hostů do pohotovostního stavu (standby), aby se šetřila energie. …. V automatickém režimu vCenter Servermigruje virtuální stroje a přesouvá hosty do nebo z pohotovostního režimu (standby) automaticky.

48. Správa napájení s DPM migracíVlastnosti migračního nástroje DPM • Přesné vyhodnocení požadavků provozní zátěže na zdroje. Nadhodnocení může vést k nižším než ideálním úsporám energie. Z podhodnocení může vyplývat slabý výpočetní výkon a porušení smluvních podmínek (SLA) o úrovni zdroje DRS. • Vyvarování se častého zapínání a vypínání serverů.Příliš častým zapínáním a vypínáním serverů se zhoršuje výpočetní výkon, protože toto vyžaduje nadbytečné operace VMotion. • Rychlá reakce na náhlý nárůst požadavků provozní zátěžetak, aby při spoření energie nebyl obětován výpočetní výkon. • Výběr vhodných hostů pro zapínání nebo vypínání.Vypínání většího hosta s mnoha virtuálními stroji by mohlo narušit cílový rozsah vytíženosti jednoho nebo více menších hostů. • Inteligentní přerozdělení (redistribuce) virtuálních strojů po zapnutí a vypnutí hostů plynulou (hladkou) pákou DRS. DPM = Distributed Power Management, distribuovaná správa napájení DRS = Distributed Resource Scheduler, distribuovaný plánovač zdrojů

49. Různé možnosti použití nástrojeDPM od VMWare • Nastavení VMware DPM do automatického režimu a ponechání na VMware DPM algoritmu, aby diktoval, kdy se hosty zapínají a vypínají. • Vyladění VMware DPM za pomoci posunutí prahu DPM v nastavení clusteru nebo v pokročilém nastavení cílového poměru požadavek - výkonnost (Demand-Capacity-RatioTarget) tak, aby byl konzervativnější nebo agresivnější. • Zvýšení cílového poměru požadavek-výkonnost (Demand-Capacity-RatioTarget). Pro uspoření více energie zvýšením vytížení hosta (konsolidací více virtuálních strojů na méně hostů) je možné zvýšit hodnotu poměru požadavek-výkonnostz výchozích 63% na například 70%. • Použití VMware DPM k nucenému zapnutí všech hostů před pracovní dobou a následné výběrové vypínání hostů po odeznění špičkového intervalu provozní zátěže.

50. Požadavky na napájení a chlazení po virtualizaci Škálování infrastruktury podle zátěže Dostupný výkon Napájení / Chlazení Dostupný výkon Napájení / Chlazení DOWNGRADE – ale s očekávaným opětovným růstem Původní zátěž Škálování dolů, počáteční konsolidace Škálování nahoru, opětovný růst Virtualizovaná zátěž Původní zátěž Virtualizovaná zátěž Aby se zajistila možnost přizpůsobit výkon podpůrné infrastruktury podle zátěžových profilů, které se během doby mění, je zcela nezbytné mít přesnou informaci o potřebách zátěže na výkon systému napájení a chlazení.